Multilevel-Regulated Metal–Organic Framework Platform Integrating Pore Space Partition and Open-Metal Sites for Enhanced CO2 Photoreduction to CO with Nearly 100% Selectivity

化学 金属有机骨架 吸附 选择性 化学空间 空格(标点符号) 金属 分拆(数论) 化学物理 纳米技术 催化作用 物理化学 材料科学 有机化学 组合数学 药物发现 哲学 生物化学 语言学 数学
作者
Huili Zheng,Jian-Qiang Zhao,Yayong Sun,An‐An Zhang,Yu-Jia Cheng,Liang He,Xianhui Bu,Jian Zhang,Qipu Lin
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:145 (50): 27728-27739 被引量:48
标识
DOI:10.1021/jacs.3c10090
摘要

Rational design and regulation of atomically precise photocatalysts are essential for constructing efficient photocatalytic systems tunable at both the atomic and molecular levels. Herein, we propose a platform-based strategy capable of integrating both pore space partition (PSP) and open-metal sites (OMSs) as foundational features for constructing high-performance photocatalysts. We demonstrate the first structural prototype obtained from this strategy: pore-partitioned NiTCPE-pstp (TCPE = 1,1,2,2-tetra(4-carboxylphenyl)ethylene, pstp = partitioned stp topology). Nonpartitioned NiTCPE-stp is constructed from six-connected [Ni3(μ3–OH)(COO)6] trimer and TCPE linker to form 1D hexagonal channels with six coplanar OMSs directed at channel centers. After introducing triangular pore-partitioning ligands, half of the OMSs were retained, while the other half were used for PSP, leading to unprecedented microenvironment regulation of the pore structure. The resulting material integrates multiple advanced properties, including robustness, wider absorption range, enhanced electronic conductivity, and high CO2 adsorption, all of which are highly desirable for photocatalytic applications. Remarkably, NiTCPE-pstp exhibits excellent CO2 photoreduction activity with a high CO generation rate of 3353.6 μmol g–1 h–1 and nearly 100% selectivity. Theoretical and experimental studies show that the introduction of partitioning ligands not only optimizes the electronic structure to promote the separation and transfer of photogenerated carriers but also reduces the energy barrier for the formation of *COOH intermediates while promoting CO2 activation and CO desorption. This work is believed to be the first example to integrate PSP strategies and OMSs within metal–organic framework (MOF) photocatalysts, which provides new insight as well as new structural prototype for the design and performance optimization of MOF-based photocatalysts.
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